100t EAF-LF-VD-CC流程GCr15轴承钢铸坯和圆钢夹杂物分析

轴承钢GCr15 EAF出钢用专用精炼渣和Al预脱氧、钢中Al含量为0.03%~0.06%,LF精炼渣为/%:53~58CaO,6~16SiO_2,15~30Al_2O_3,3~10MgO,≤1(FeO+MnO)。利用自动扫描电镜ASPEX分析了320mm×480 mm铸坯和Φ45 mm热轧圆钢的夹杂物。结果表明,GCr15轴承钢铸坯和圆钢中的氧化物夹杂为镁铝尖晶石或钙铝酸盐,铸坯和圆钢边部的氧化物夹杂数量要大于中心,大于10μm夹杂物为球状钙铝酸盐或钙铝酸盐与镁铝尖晶石复合氧化物夹杂;铸坯和圆钢中非氧化物类夹杂主要有MnS、TiN和包裹型夹杂物MnS、TiN和CaS包裹镁铝尖晶石以及CaS包裹钙铝酸盐。利用Factsage计算得出,MnS和TiN在凝固过程中析出,并分别在固相率fs为0.9和0.6之后大量形成。CaS在炼钢温度下(1 600℃)就大量存在,在钢液冷却过程中少量析出,极少量在之后的凝固过程中形成。     

钙处理对成品无取向硅钢夹杂物特性的影响

通过取样检测结合热力学计算,分析了钙处理对成品无取向硅钢中夹杂物特征及硫化物夹杂的析出机制的影响。结果表明,钢中尺寸大于3μm的有害夹杂物主要是AlN、MgO-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2类复合夹杂物及其与MgS、MnS、CaS的复合析出物。钙处理钢中没有检测到单独的Al2O3、SiO2及铝酸钙类夹杂物。钙处理钢中形成的液态3CaO·Al2O3、MgO·SiO2和Al2O3夹杂物被精炼渣吸收,改性去除了钢中大尺寸Al2O3夹杂物。钙处理钢中尺寸大于3μm的氧化物夹杂主要是含CaO和(或)CaS的Al2O3-SiO2类夹杂。硫化物在MgO-SiO2类氧化物表面的析出有利于其形貌趋于规则。钢中不同形貌的AlN夹杂物呈多尺度分布,钙处理对大尺寸AlN的析出特性影响不大。氧硫化物及其与AlN复合析出并定向长大的过程,与其晶体结构有关。氧化物夹杂的硫容量决定了其与硫复合的难易程度。钙处理钢中CaS在氧化物表面呈局部包裹析出和局部吸附析出。     

Q345钢液凝固及铸坯冷却过程中非金属夹杂物的组成演变

Q345钢生产过程中通过钙处理改性夹杂物,中间包钢水中夹杂物为钙铝酸盐包裹镁铝尖晶石的结构,平均成分为45.71%Al_2O_3-40.22%CaO-6.50%MgO-6.60%CaS-0.97%SiO_2。连铸坯冷却凝固过程,夹杂物发生转变,连铸坯表层冷却速度快,相转变来不及发生,夹杂物成分与中间包钢水中相差不大。连铸坯内弧1/4处夹杂物转变为CaS和MnS包裹镁铝尖晶石的结构,忽略MnS归一化后的平均成分为56.00%Al_2O_3-9.28%CaO-9.07%MgO-25.06%CaS-0.58%SiO_2。从连铸坯边部到中心,夹杂物Al_2O_3和CaS含量显著升高,CaO含量显著降低,夹杂物中硫化物面积分数从边部的0.000 01%升高至中心的0.002 9%,表明硫化物在连铸坯冷却凝固过程中大量析出。采用Factsage 7.0热力学软件计算了Q345钢冷却凝固过程夹杂物的转变,结果与夹杂物检测结果变化趋势一致,且小尺寸夹杂物因动力学上转变更充分而与计算结果更接近。     

钙处理含硫20CrMo齿轮钢夹杂物析出研究

通过热力学计算控制钢中喂钙量,把钙处理20CrMo钢中Al2O3变性为低熔点的12CaO·7Al2O3上浮去除,从而使钢中夹杂物满足评级要求;并用Thermo-Calc软件模拟钢液凝固过程中CA6、CA、CA2钙铝酸盐及MnS夹杂物的析出情况.用SEM对轧材中纺锤状夹杂物进行分析,少量夹杂物内核颜色较深,为Al2O3、CaS等夹杂,外层包裹的夹杂颜色较浅,为MnS夹杂.说明凝固过程中钢液中先析出的Al2O3、CaS等复合夹杂可以被后析出的MnS捕获作为其核心.     

MnS在Ti-Al复合脱氧氧化物上的析出研究

采用高温电阻炉,通过改变不同冷却条件和不同硫含量,系统研究了Ti-Al复合脱氧夹杂对MnS夹杂物析出量和形貌的影响。试验结果表明:冷却速率对MnS的析出有着重要的影响。当钢液中硫的质量分数从0.001%增加到0.01%时,在炉冷条件下,MnS析出量随着钢液中硫含量的增加而增加。但是在水冷条件下,MnS的析出量不随钢液中硫含量的增加而变化。当钢液中w([S])0.008%时,所有氧化物夹杂表面都会析出MnS夹杂;当0.002%≤w([S])0.008%时,复合氧化物夹杂中MnO+SiO2含量越高,MnS越容易在氧化物上面析出。复合夹杂物中Ti3O5和Al2O3对MnS的析出没有明显影响。当w([S])0.002%时,基本没有MnS夹杂析出。MnS在低熔点氧化物上呈镶嵌状析出,在高熔点上呈包裹状析出。     

非钙处理铝脱氧车轮钢夹杂物形成及变形行为

 通过采用扫描电镜对BOF-LF-RH-CC非钙处理工艺生产车轮钢系统取样样品中夹杂物的形貌、尺寸及组成的分析,研究了精炼和凝固过程氧化物夹杂的形成、上浮去除和析出过程,以及轧制过程夹杂物的变形行为。研究发现,在非钙处理条件下,LF精炼过程会形成大量MgO-Al2O3夹杂和CaO-Al2O3夹杂,并且在RH精炼过程中存在MgO-Al2O3夹杂向CaO-Al2O3夹杂的转变过程,最终导致铸坯中出现低变性CaO-Al2O3夹杂;在软吹和镇静过程中,炉渣或空气对钢液的二次氧化与钢液中夹杂物上浮去除存在动态平衡;在钢液凝固过程中,固液界面的Al2O3等氧化物夹杂为MnS的析出提供了异质形核点,形成半包裹状的Al2O3-MnS类复合夹杂物;在轧制过程中,团簇状Al2O3夹杂容易被轧碎在板卷中形成点链状,高熔点半包裹的Al2O3-MnS类复合夹杂物被轧制成小尾巴状,而低熔点的CaO-Al2O3-MnS的复合夹杂形成连续的条状。     

Ti-Mg复合脱氧和硫含量对钢中夹杂物特征及MnS析出行为的影响

采用扫描电镜/能谱仪表征了管线钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,考察了不同Ti/Mg比的钢中夹杂物特征、硫含量及脱氧产物数量对MnS析出行为的影响,并进行了热力学计算.结果表明:Ti-Mg脱氧钢中夹杂物以MgO-Al₂O₃-Ti₂O₃、MgO-Ti₂O₃或MgO为核心,表面包裹或局部析出MnS,粒径小于1.3μm,数量为300~450 mm-2,形貌为圆形、多边形和方形;夹杂物中Ti/Mg原子数比为0.05~0.2时,夹杂物细小且近圆形;随硫含量减少,凝固过程中MnS析出倾向减小,MnS在夹杂物表面由包裹析出向局部析出转变,提高氧化物夹杂数量,有利于细小MnS的包裹或局部异质形核;Ti-Mg复合脱氧产物细小、弥散,可作为MnS异质形核核心,可同时降低MnS及氧化物的危害.      

超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变

 为了研究超低碳钢炼钢过程中夹杂物的具体演变规律,利用夹杂物自动分析系统研究了硫质量分数分别为0.010%和0.015%的两炉次(S100炉次和S150炉次)超低碳汽车外板烘烤硬化钢(bake hardening steel,简称BH钢)从RH终点到铸坯过程中夹杂物形貌、成分、数量、尺寸的演变,并利用X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪结合RH精炼渣和中间包覆盖剂熔渣的成分进行对比分析。结果表明,BH钢中夹杂物的主要类型为Al2O3、MnS、Al2O3+MnS和含硅类夹杂物(其中含硅类夹杂物主要是Al Si O夹杂,不包括纯硅、SiC、SiO2)。由于BH钢中锰和硫质量分数较高,凝固过程中MnS大量析出,使得铸坯中MnS夹杂物数量密度和夹杂物总数量密度显著增加。硫质量分数为0.010%和0.015%的两炉次钢在RH和中间包中MnS夹杂物数量密度无明显差异,由于MnS主要在凝固过程中析出,S150炉次在铸坯中的MnS明显多于S100炉次。精炼渣中w(（FeO+MnO）)较高,w(（CaO）)/w(（Al2O3）)比低,会导致RH终点Al2O3夹杂物较多。在浇注过程中,引流砂的流入会导致中间包覆盖剂熔渣中SiO2质量分数增高,造成钢液中Si Al O等夹杂物的数量密度明显增加。结晶器过程中Al2O3夹杂不断聚集长大、上浮去除,使铸坯中Al2O3和Al2O3+MnS夹杂物数量密度减少,尺寸增大。     

Q345D钢中含钙类夹杂物的演变和生成机理分析

 通过工业实践研究Q345D钢生产过程含钙类夹杂物的演变和生成机理,并结合热力学计算研究了夹杂物凝固过程的转变机理。结果表明,钢中钙主要来源于VD真空冶炼和钙处理;真空前夹杂物CaO含量很低,破空后夹杂物CaO含量开始升高;之后由于钙处理,夹杂物CaO含量进一步升高。钢液冷却凝固过程中夹杂物发生明显转变,铸坯夹杂物中CaO含量明显降低,CaS含量显著升高,其结果与FactSage热力学计算结果一致。铸坯大尺寸含钙夹杂物主要分为钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐且中间析出尖晶石、CaS和Al₂O₃黏结型及CaS和尖晶石黏结型;统计表明,铸坯中夹杂物尺寸越大,夹杂物中CaO含量越高,大尺寸夹杂物中CaS含量极低。     

管线钢硫化物夹杂及钙处理效果研究

系统分析了硫化物夹杂形貌、组成,并采用氧化物变性指标及硫化物变性指标对管线钢钙处理效果进行了全面评价,分析结果表明:管线钢经过钙处理后,没有发现沿晶界分布的MnS塑性夹杂,少量的硫化物夹杂由(Ca,Mn)S夹杂、CaS均匀分布的CaO-Al2O3-CaS复合夹杂和内核为CaO-A12O3外壳为CaS的复合夹杂组成,这对于提高钢板抗HIC性能非常有利;在现有工艺条件下,硅钙线加入量为0.7kg/t时夹杂物变性效果不理想,应适当增加硅钙线的加入量.     

中碳钢钙处理夹杂物变性的“液相窗口”控制模型

 系统研究了国内某钢厂生产的中碳钢Q345B钙处理前后夹杂物类型的变化,从热力学上分析铝脱氧钢中Al2O3夹杂物变性机制及夹杂物中CaS合理控制的条件,确立了夹杂物变性的“液相窗口”模型。热力学计算表明,温度为1873K,w(［Al］)为0.016%时,Al2O3转变为液态钙铝酸盐需要使钢中w(［Ca］)为0.0017%~0.0102%。生产实践表明,钙喂入量在0.0014%~0.0017%时,钙处理可以将钢中高熔点Al2O3的夹杂物转化为低熔点的12CaO·7Al2O3和CaO·Al2O3夹杂物,MnS基本转化为CaS,且无单独CaS析出。     

CSP工艺含铝无取向电工钢中夹杂物的演变和控制

 为了更好地控制CSP工艺下电工钢中的夹杂物,研究了涟钢CSP工艺含铝电工钢夹杂物在精炼连铸热轧过程中的演变机理。RH合金化后钢中夹杂物有Al2O3,Al2O3 SiO2和Al2O3 CaO CaS 主要3种,RH出站和中包钢液中的夹杂物主要是Al2O3 CaO CaS和少量单独的Al2O3和CaS夹杂。减少钢液中夹杂物的主要措施是降低RH出站前的顶渣氧化性。热轧卷材样中夹杂物与钢液中夹杂物不同,主要是AlN和MnS,夹杂物总量与氮、硫质量分数呈正相关,氮元素的影响最显著。     

大线能量焊接用海工钢的夹杂物与组织

 海洋工程领域对可大线能量焊接且低温韧性优良的厚钢板需求迫切。宝钢通过微合金化技术及调质工艺，开发出了满足大线能量焊接的E550级海洋工程用钢。通过冶炼、轧制、调质试验、焊接热模拟试验、电镜观察统计及金相观察，研究了大线能量焊接用海工钢H1夹杂物、显微组织及力学性能，并与宝钢现有海工钢E550进行了对比。研究结果表明，H1中夹杂物为Al2O3、MnS、Al2O3 Ti3O5、Al2O3 MnS、TiN MnS、Al2O3 Ti3O5 MnS；E550中夹杂物为Al2O3、CaO·xAl2O3(CAx)、CaO CaS、CAx CaS、CAx CaS TiN。H1力学性能满足E550级海工钢要求，且满足50和100 kJ/cm线能量焊接要求。其HAZ韧性改善的机理为，低硅低铝质量分数有利于减少局部脆性区；钛质量分数的降低，有利于抑制TiC脆化，提高HAZ韧性。     

Effect of Al2O3–SiO2–MnO inclusions on precipitation of MnS in Si–Mn-killed 304 stainless steels

Laboratory experiments and thermodynamic calculation were conducted to investigate the precipitation of MnS inclusions in Si–Mn-killed 304 stainless steels with various Al and S concentrations. Three types of MnS-contained inclusions were detected: MnS phase dissolved in the MnO–SiO₂ inclusion, the Al₂O₃-rich core phase surrounded by a MnS out layer, and the individual MnS. In steel with less than 0.001% Al, the liquid SiO₂–MnO-rich inclusions can hardly influence the precipitation of MnS inclusions during the cooling process of 304 stainless steels. With the increase of Al in steel, more solid Al₂O₃-rich inclusions are formed, which can act as nucleation agents for MnS inclusions and dramatically promote the precipitation of MnS inclusions during the cooling process of Si–Mn-killed 304 stainless steels.     

含Ca汽车控制臂用钢中复合硫化物控制机理

 汽车控制臂由于形状复杂,切削量大,部分汽车控制臂用钢在加入质量分数0.03%硫元素的基础上,又进一步添加了少量钙元素,希望将钢中常见的细长条状MnS转变为纺锤状(Ca, Mn)S以增加零件的切削性能。然而,硫质量分数为0.03%时,钙元素在钢液中的溶解度很低,冷却和凝固过程单一的纯(Ca, Mn)S生成量极少。因此,提出了利用钢液中生成的含CaO类的氧化物来诱导(Ca, Mn)S在其外围形核长大,形成大量双层结构复合硫化物的形貌控制机理。为了研究最佳双层结构复合硫化物形成机理,选取了3炉不同冶炼工艺的汽车控制臂用钢,利用带能谱分析的电子扫描显微镜观察了铸坯和轧材中典型复合硫化物形貌、成分特征,并手动测量了其尺寸,最后利用热力学软件FactSage计算了钢中夹杂物的生成行为。研究结果表明,当钢中不进行钙处理时,复合硫化物内部氧化物主要为Al₂O₃或低MgO比例的镁铝尖晶石,外围硫化物为纯MnS,轧制后成细长条状。当钢中进行钙处理后,可以得到两种不同类型的复合硫化物。一种内部氧化物中CaO组元含量较高,外围硫化物主要是高CaS比例的(Ca, Mn)S,基本不变形,成典型的D类或Ds类形貌;另一种核心氧化物中CaO组元低,外围硫化物主要是低CaS比例的(Ca, Mn)S,轧制后成纺锤状。控制钙处理后钢液氧化物中合适的CaO比例使得氧化物既具有高效的硫化物形核能力,又能促进合适CaS比例的(Ca, Mn)S在其外围生成,这是钢中得到大量纺锤状双层结构复合硫化物的关键。当钢中Ca/S比约为0.07时,外围硫化物中的钙元素质量分数为2%~5%最为理想。     

Investigation on Non-Metallic Inclusions in LCAK Steel Produced by BOF-LF-FTSC Production Route

 The behavior of non-metallic inclusions in LCAK (low carbon aluminum killed) steel produced by BOF (basic oxygen furnace)-LF (ladle furnace) refining-FTSC (flexible thin slab continuous caster) production route was investigated. The results showed that, LF refining for LCAK steel could decrease the wT[O] significantly, and the inclusions were modified by Ca treatment, which prevented nozzle clogging efficiently. However, owing to the unstable casting condition in the earlier stage of casting, a severe reoxidation occurred, accompanied with mold slag entrapment. The transformation of non-metallic inclusions during the steelmaking process was Al2O3→MgO-Al2O3 type inclusion→MgO-Al2O3-CaO type inclusion with a CaS ring, and the mechanism of the transformation was proposed and discussed via thermodynamic and kinetic analysis. Besides, to avoid CaS precipitation, the product of w2[Al]×w3[S] in steel should be less than 2.0×10-10 at 1873 K, which remands higher desulfurization ratio during LF refining.     

超低氧钢中硫化钙夹杂析出的热力学讨论及控制

 对超低氧试验钢中硫化钙夹杂析出的热力学分析表明,在本试验钢成分条件下,钢液在液相线温度以上不会自发生成硫化钙夹杂,硫化钙夹杂是钢液凝固过程中,随着钢液中［Al］、［S］溶解度的降低,［S］与钢液中较低熔点的CaO Al2O3类及CaO MgO Al2O3夹杂物表层的CaO反应析出形成;同时,通过计算得到,本试验钢在凝固过程中不析出硫化钙夹杂的条件为将硫的质量分数控制在0.0004%以下。